Электрически укороченная рамочная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны УКВ

Комментарии к статье

В ряде практических случаев размеры антенны, соизмеримые с длиной волны, недопустимо велики. Поэтому и были разработаны электрически укороченные (малые) антенны. Важно также, чтобы антенна являлась единственным элементом, излучающим или принимающим электромагнитную энергию. Один из вариантов таких антенн, электрически укороченная рамочная антенна, рассматривается в статье. Эксперименты проводились на частотах 14, 27 и 430 МГц.

Рамочная антенна обладает наилучшими свойствами, когда при данном периметре покрывает наибольшую площадь, т. е. является круглой рамкой. Но для удобства рассмотрения обратимся к квадратной рамке и вертикальной поляризации излучаемых (принимаемых) волн (рис. 1 а).

Коэффициент направленного действия (КНД) квадратной рамки с периметром е = λ (λ - длина волны) в свободном пространстве по сравнению с полуволновым диполем составляет 1,35 дБ при сопротивлении rΣ = 100 Ом [1].

Квадратную рамку с вертикальной поляризацией можно представить состоящей из двух полуволновых вертикальных диполей, нагруженных с концов (емкостная нагрузка) и разнесенных на четверть длины волны. Излучение вверх и вниз отсутствует, так как токи в горизонтальных проводниках рамки компенсируют друг друга. Распределение тока I и напряжения U вдоль проводника рамки представлено на рис. 1,б. Точки А и С, пучности тока, являются точками нулевого потенциала. При подключении антенны в разрыв в точке А один диполь запитывается током, а другой - в точках В и D - противофазными напряжениями. Диаграммы направленности рамки, находящейся в свободном пространстве, в вертикальной и горизонтальной плоскостях, приведены на рис. 1 в, г и по своей форме близки к диаграмме направленности полуволнового диполя [2].

Электрическое укорочение рамочной антенны может быть осуществлено увеличением емкостной нагрузки диполей путем включения в пучности напряжения, т. е. в точки В и D, емкостей, что дополнительно изменяет фазу напряжения в этих точках на 180° (рис. 2,а). Назовем эту антенну укороченной рамочной антенной из двух полурамок.

Ток в контуре рамки протекает теперь только в одном направлении (рис. 2,б), т. е. токи в противоположных проводниках рамки оказываются относительно друг друга противоположно направленными. Это означает, что излучение в направлении, перпендикулярном плоскости рамки, отсутствует, т. е. диаграмма направленности представляет приблизительно круг в вертикальной плоскости и "восьмерку" в горизонтальной (рис. 2,в, г). Если считать аналогом данной антенны два полуволновых диполя с противоположно направленными равными токами, то КНД в горизонтальной плоскости относительно круговой диаграммы направленности составляет 3,8 дБ [1].

Таким образом, данная антенна по своим свойствам приближается к магнитной антенне - антенне с постоянным распределением тока вдоль контура рамки, и излучающей преимущественно магнитную составляющую электромагнитного поля в ближней зоне.

Рассматриваемая антенна имеет четыре точки нулевого потенциала: А, С - пучности тока и В, D - середины расстояний между обкладками конденсаторов - узлы напряжений. Соответственно запитывать антенну можно вблизи этих точек. Проще всего применить Т-образное согласование при питании в пучности тока (рис. 3,а) [2] либо емкостный делитель напряжения при подключении в узле напряжения (рис. 3,б) [1].

Ориентировочно параметры подключающей цепи можно определить из следующих соображений.

• Первоначально рамка выбранного периметра e < λ настраивается в резонанс на рабочую частоту f с помощью двух одинаковых конденсаторов емкостью 2С и измеряется добротность ненагруженной рамки Q.
• Волновое сопротивление рамочной антенны как LC-контура PА=1/(2πfC).
• Коэффициент включения линии питания с волновым сопротивлением рл в антенный контур, исходя из условия, что при согласовании добротность контура уменьшается в два раза, к = (PАQ/Рл)1/2.
• Расстояние между точками подключения Т-образного согласования ет= е/к.
• Элементы емкостного делителя Сн = кС, С' = 4С·к/(к -2).
• Если подключить линию питания в разрыв рамки в точке А, то входное сопротивление rвх = Pa/Q.
• Сопротивление излучения рамки [3] гΣ = 80π2(2πSp/λ2)2, где Sp - площадь рамки, или для круглой рамки гΣ=20π2(e/λ)4.

Известен еще один вариант электрически укороченной рамочной антенны - полуволновый диполь с емкостной нагрузкой, свернутый в рамку (рис. 4,а). Для реализации этой антенны периметр рамки должен быть меньше половины длины волны. Точки нулевого потенциала - точка А и середина расстояния между обкладками конденсатора С (рис. 4,б). Диаграмма направленности приблизительно совпадает с диаграммой направленности рамочной антенны из двух полурамок. Подключение линии питания производится вблизи точек нулевого потенциала, как это делается в рамочной антенне с двумя полурамками.

Укороченная рамочная антенна из двух полурамок характеризуется более равномерным распределением амплитуды тока вдоль проводника рамки по сравнению с рамочной антенной с непрерывной рамкой, поэтому при одинаковых периметрах обладает большим сопротивлением излучения rΣ и, как следствие, большей эффективностью ηA (коэффициентом полезного действия). Выигрыш по данным измерений достигает 3 дБ при е/λ = 0,2.

Исследование укороченной рамочной антенны из двух полурамок производилось на частотах 14, 27 и 430 МГц.Для частоты 14 МГц квадратная рамка из медного провода диаметром 2 мм имела периметр е = 0,Зλ, емкости 2С = 22 пФ, добротность ненагруженной рамки Q = 100, сопротивление излучения rΣ = 2 Ом, входное сопротивление в пучности тока rвх = 10 Ом, эффективность ηA - 0,1 и полосу пропускания 0,3 МГц. Для подключения кабеля с волновым сопротивлением Pл = 50 Ом емкостный делитель напряжения состоял из конденсаторов С = 47 пФ и Сн = 510 пФ, а длина отрезка проводника рамки для Т-образного согласования еτ = 160 мм. Симметрирование осуществлялось с помощью ферритового кольца и нескольких витков коаксиального кабеля [2]. Антенна применялась как комнатная приемная для наблюдения за работой любительских радиостанций. В ряде случаев удавалось уменьшить уровень мешающих сигналов вследствие симметрии антенны, ослабляющей синфазные помехи, и наличия "нулей" на диаграмме направленности.

Для частоты 27 МГц было изготовлено несколько антенн из двух полурамок с периметрами е =(0,1...0,5)%.. Их исследование дало следующее. У рассматриваемой рамочной антенны сопротивление излучения очень сильно падает при уменьшении размеров. Оно зависит в квадрате от площади (или в четвертой степени от периметра круглой рамки). Поэтому для рамочных антенн с периметром е < 0,1 А. сопротивление излучения значительно меньше сопротивления потерь, и полоса пропускания антенны определяется только параметрами антенного LC-контура. Для рамочной антенны с периметром е > 0.2А. сопротивление излучения становится соизмеримо с сопротивлением потерь, добротность начинает падать, а полоса пропускания антенны и эффективность - расти. Кроме того, желательно при запитывании антенны стремиться к тому, чтобы центральные части вибраторов, т. е. пучности тока, были свободны от подключающих элементов. Поэтому емкостный делитель напряжения предпочтительнее Т-образного согласования.

Рамочная антенна для частоты 430 МГц имела размеры 36x22 мм и была изготовлена из посеребренного медного провода диаметром 1,5 мм. Емкости 2С состояли из подстроечных конденсаторов 1...5 пФ. Применялось несимметричное Т-образное согласование. Оплетка кабеля с Pл = 50 Ом подключалась к точке нулевого потенциала - пучности тока, а центральная жила - на расстоянии 10 мм от нее. Полоса пропускания нагруженной антенны - 4,5 МГц, эффективность-0,05...0,1.

Рассматриваемая рамочная антенна является симметричной, не требует противовеса, имеет точки нулевого потенциала (что позволяет применять общепринятые способы питания), может подстраиваться конденсаторами переменной емкости, мало чувствительна к наличию в непосредственной близости от нее диэлектрических и слабо проводящих предметов, не содержит индуктивных согласующих элементов. При заданном периметре наибольшей эффективностью обладает укороченная круглая рамочная антенна, состоящая из двух полурамок, запитанная через емкостный делитель напряжения при минимально возможных потерях в материале рамки и конденсаторах.

Литература

1. Devoidere John. Low-Band DXing. American Radio Relay League, Inc. - 1987, p. 266.
2. Григоров И. Практические конструкции антенн. - М.: ДМК, 2000, 352 с. ил,
3. Гречихин Л. Электрически малые антенны: возможности и заблуждения. - Радио, 1992, № 11, с. 8-10.

Автор: Н.Туркин, г.Санкт-Петербург

Смотрите другие статьи раздела Антенны УКВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Ядовитые насекомые предпочитают лекарственные растения 04.04.2009 Наблюдения, проведенные энтомологами в тропических лесах Панамы, показали, что ярко окрашенные насекомые предпочитают держаться на лекарственных растениях. Ученые подсчитали количество пестрых букашек на 10 видах дикорастущих лекарственных растений и на 10 видах, не имеющих лекарственного значения. Оказалось, что на лекарственных растениях в среднем было по два ярко окрашенных насекомых. На обычных встречалось одно ярко окрашенное насекомое на три растения. Объясняют это тем, что яркая окраска насекомых обычно предупреждает врагов о ядовитости этих насекомых, а яд они часто извлекают из растений, которые человек в небольших дозах применяет для лечения разных болезней.

Другие интересные новости:

▪ Медь для больницы

▪ 3D-принтеры XYZprinting Nobel 1.0A и da Vinci 1.0 Pro 3-in-1

▪ Брак влияет на уровень сахара в крови

▪ Покрышки с электронным выдвижением шипов

▪ Первая мРНК-вакцина для слонов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта И тут появился изобретатель (ТРИЗ). Подборка статей

▪ статья О святая простота! Крылатое выражение

▪ статья Что такое лунные кратеры? Подробный ответ

▪ статья Ока. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Би-ампинг для магнитолы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Электрическое освещение. Общие требования. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026